1. The Dust and [C ii] Morphologies of Redshift ∼4.5 Sub-millimeter Galaxies at ∼200 pc Resolution:The Absence of Large Clumps in the Interstellar Medium at High-redshift
- Author
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Novak, Mladen, Sargent, Mark, Herrera-Camus, R., Belli, S., Übler, H., Shimizu, T., Davies, R., Sturm, E., Colina, L., Cunha, E. da, Rybak, M., Venemans, B., Brandt, W., Rivera, G. Calistro, Knudsen, K., Werf, P. van der, Freundlich, J., Combes, F., Tacconi, L., Genzel, R., Garcia-Burillo, S., Bolatto, A., Lilly, S., Salomé, P., Bicalho, I., Boissier, J., Boone, F., Bouché, N., Bournaud, F., Burkert, A., Carollo, M., Cooper, M., Feruglio, C., Förster Schreiber, N., Juneau, S., Lippa, M., Lutz, D., Naab, T., Renzini, A., Saintonge, A., Sternberg, A., Weiner, B., Weiß, A., Wuyts, S., Bouwens, Rychard, Brinchmann, Jarle, Maseda, Michael, Matthee, Jorryt, Schaye, Joop, Schouws, Sander, Pavesi, Riccardo, Le Fèvre, Olivier, Yang, C., Gavazzi, R., Beelen, A., Lehnert, M., Gao, Y., Barcos-Muñoz, L., Neri, R., Fu, H., González-Alfonso, E., Michałowski, M., Nightingale, J., Pérez-Fournon, I., Shao, Yali, Wang, Ran, Li, Jianan, Fan, Xiaohui, Jiang, Linhua, Strauss, Michael, Menten, Karl, Ma, Jingzhe, Cooray, Asantha, Nayyeri, Hooshang, Brown, Arianna, Ghotbi, Noah, Oteo, Ivan, Duivenvoorden, Steven, Greenslade, Joshua, Clements, David, Battisti, Andrew, Ashby, Matthew, Perez-Fournon, Ismael, Oliver, Seb, Eales, Stephen, Negrello, Mattia, Dye, Simon, Dunne, Loretta, Omont, Alain, Serjeant, Stephen, Maddox, Steve, Valiante, Elisabetta, Pillepich, Annalisa, Nelson, Dylan, Cunha, Elisabete da, Diemer, Benedikt, González-López, Jorge, Hernquist, Lars, Marinacci, Federico, Rix, Hans-Walter, Swinbank, Mark, Vogelsberger, Mark, Werf, Paul van der, Yung, L., Aravena, Manuel, Decarli, Roberto, Gónzalez-López, Jorge, Boogaard, Leindert, Carilli, Chris, Popping, Gergö, Assef, Roberto, Bacon, Roland, Bauer, Franz Erik, Bouwens, Richard, Contini, Thierry, Cortes, Paulo, Da Cunha, Elisabete, Daddi, Emanuele, Díaz-Santos, Tanio, Elbaz, David, Inami, Hanae, Fevre, Olivier Le, Magnelli, Benjamin, Oesch, Pascal, Riechers, Dominik, Somerville, Rachel, Uzgil, Bade, Wagg, Jeff, Wisotzki, Lutz, Gullberg, B., Swinbank, A. Mark, Smail, Ian, Biggs, A., Bertoldi, Frank, Breuck, C. De, Chapman, S., Chen, Chian-Chou, Cooke, E., Coppin, K., Cox, Pierre, Dannerbauer, H., Dunlop, J., Edge, A., Farrah, D., Geach, J., GREVE, T., Hodge, Jacqueline, Ibar, E., Ivison, Rob, Karim, A., Schinnerer, E., Scott, Douglas, Simpson, J., Stach, S., Thomson, A., Van Der Werf, Paul, Walter, Fabian, Wardlow, Julie, Weiss, Axel, Astrophysique Interprétation Modélisation (AIM (UMR_7158 / UMR_E_9005 / UM_112)), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris Diderot - Paris 7 (UPD7), Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics (MPE), Max-Planck-Gesellschaft, Department of Physics, Durham University, Racah Institute of Physics, The Hebrew University of Jerusalem (HUJ), Laboratoire d'Etude du Rayonnement et de la Matière en Astrophysique (LERMA), École normale supérieure - Paris (ENS Paris)-Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire de Paris, PSL Research University (PSL)-PSL Research University (PSL)-Université de Cergy Pontoise (UCP), Université Paris-Seine-Université Paris-Seine-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Observatorio Astronomico Nacional [Madrid] (OAN), Instituto Geografico Nacional (IGN), Department of Astronomy [College Park], University of Maryland [College Park], University of Maryland System-University of Maryland System, AUTRES, Laboratoire d'Etude du Rayonnement et de la Matière en Astrophysique (LERMA (UMR_8112)), Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire de Paris, Université Paris-Seine-Université Paris-Seine-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Interactions Hôtes-Pathogènes-Environnements (IHPE), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Montpellier (UM)-Institut Français de Recherche pour l'Exploitation de la Mer (IFREMER)-Université de Perpignan Via Domitia (UPVD), Institut Interdisciplinaire d'Innovation Technologique (3IT), Université de Sherbrooke [Sherbrooke], Universitätssternwarte der Ludwig-Maximiliansuniversität, Ludwig-Maximiliansuniversität, Institute for Astronomy [Zürich], Eidgenössische Technische Hochschule - Swiss Federal Institute of Technology in Zürich [Zürich] (ETH Zürich), University of São Paulo, INAF - Osservatorio Astronomico di Roma (OAR), Istituto Nazionale di Astrofisica (INAF), Steward observatory, University of Arizona, Max-Planck-Institut für Extraterrestrische Physik (MPE), Institut of Physics - Riga, Latvian Academy of Sciences, Leiden Observatory [Leiden], Universiteit Leiden [Leiden], Laboratoire d'Astrophysique de Marseille (LAM), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Aix Marseille Université (AMU)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES), Guangzhou Marine Geological Survey, Ministry of Land and Resources (MLR), Physics Department [Santa Barbara], University of California [Santa Barbara] (UCSB), University of California-University of California, Institut d'astrophysique spatiale (IAS), Université Paris-Sud - Paris 11 (UP11)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Galaxies, Etoiles, Physique, Instrumentation (GEPI), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Paris Diderot - Paris 7 (UPD7)-Observatoire de Paris, PSL Research University (PSL)-PSL Research University (PSL), Milieux aquatiques, écologie et pollutions (UR MALY), Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA), Universidad de Alcalá - University of Alcalá (UAH), Instituto de Astrofisica de Canarias (IAC), Institute of Plant and Environment Protection, Beijing Academy of Agriculture and Forestry Sciences, Arizona State University [Tempe] (ASU), Max-Planck-Institut für Radioastronomie (MPIFR), California Institute of Technology (CALTECH), Astronomy Centre, University of Sussex, University of Massachusetts [Amherst] (UMass Amherst), University of Massachusetts System (UMASS), School of Physics and Astronomy [Cardiff], Cardiff University, Institut d'Astrophysique de Paris (IAP), Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Institut des Sciences Moléculaires de Marseille (ISM2), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École Centrale de Marseille (ECM)-Aix Marseille Université (AMU), School of Physics and Astronomy [Nottingham], University of Nottingham, UK (UON), Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA), Harvard University [Cambridge]-Smithsonian Institution, Max-Planck-Institut für Astronomie (MPIA), Institute for Computational Cosmology (ICC), National Radio Astronomy Observatory [Socorro] (NRAO), National Radio Astronomy Observatory (NRAO), Centre de Recherche Astrophysique de Lyon (CRAL), École normale supérieure - Lyon (ENS Lyon)-Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL), Université de Lyon-Université de Lyon-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Institut de recherche en astrophysique et planétologie (IRAP), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Observatoire Midi-Pyrénées (OMP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS), Département d'Astrophysique (ex SAP) (DAP), Institut de Recherches sur les lois Fondamentales de l'Univers (IRFU), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay, Yale Center for Astronomy and Astrophysics (YCAA), Yale University [New Haven], Cornell University, Rutgers University, Astrophysikalisches Institut Potsdam (AIP), Institute of Computational Cosmology, Argelander Institute for Astronomy (AlfA), Rheinische Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn, Université de Lyon, SUPA, Institute for Astronomy, University of Edinburgh, University of Wales, Department of Physics [Blacksburg], Virginia Tech [Blacksburg], Space Plasma Group, Astronomy Unit [London] (AU), Queen Mary University of London (QMUL)-Queen Mary University of London (QMUL), Royal Observatory Edinburgh (ROE), Interactions et dynamique des environnements de surface (IDES), CLRC Daresbury, SFTC, Centre de Recherches sur la Cognition Animale (CRCA), Institut des sciences du cerveau de Toulouse. (ISCT), Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-CHU Toulouse [Toulouse]-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-CHU Toulouse [Toulouse]-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Pacific Northwest National Laboratory (PNNL), Department of Astronomy, University of California [Irvine] (UCI), Centre de Biologie Intégrative (CBI), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut des sciences du cerveau de Toulouse. (ISCT), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-CHU Toulouse [Toulouse]-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-CHU Toulouse [Toulouse]-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), PSL Research University (PSL)-PSL Research University (PSL)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Observatoire Midi-Pyrénées (OMP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Paris Diderot - Paris 7 (UPD7)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université de Perpignan Via Domitia (UPVD)-Institut Français de Recherche pour l'Exploitation de la Mer (IFREMER)-Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), and Aix Marseille Université (AMU)-École Centrale de Marseille (ECM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
- Subjects
Cosmology and Nongalactic Astrophysics (astro-ph.CO) ,FOS: Physical sciences ,galaxies [submillimeter] ,Astrophysics ,Astrophysics::Cosmology and Extragalactic Astrophysics ,01 natural sciences ,0103 physical sciences ,010303 astronomy & astrophysics ,Astrophysics::Galaxy Astrophysics ,ComputingMilieux_MISCELLANEOUS ,evolution [galaxies] ,Physics ,[SDU.ASTR]Sciences of the Universe [physics]/Astrophysics [astro-ph] ,ISM [galaxies] ,010308 nuclear & particles physics ,Resolution (electron density) ,Astronomy and Astrophysics ,Astrophysics - Astrophysics of Galaxies ,Redshift ,Galaxy ,Interstellar medium ,Space and Planetary Science ,[SDU]Sciences of the Universe [physics] ,Astrophysics of Galaxies (astro-ph.GA) ,Millimeter ,Astrophysics - Cosmology and Nongalactic Astrophysics - Abstract
We present deep high resolution (0.03", 200pc) ALMA Band 7 observations covering the dust continuum and [CII] $\lambda157.7\mu$m emission in four $z\sim4.4-4.8$ sub-millimeter galaxies (SMGs) selected from the ALESS and AS2UDS surveys. The data show that the rest-frame 160$\mu$m (observed 345 GHz) dust emission is consistent with smooth morphologies on kpc scales for three of the sources. One source, UDS47.0, displays apparent substructure but this is also consistent with a smooth morphology, as indicated by simulations showing that smooth exponential disks can appear clumpy when observed at high angular resolution (0.03") and depth of these observations ($\sigma_{345\text{GHz}} \sim27-47\mu$Jy beam$^{-1}$). The four SMGs are bright [CII] emitters, and we extract [CII] spectra from the high resolution data, and recover $\sim20-100$% of the [CII] flux and $\sim40-80$% of the dust continuum emission, compared to the previous lower resolution observations. When tapered to 0.2" resolution our maps recover $\sim80-100$% of the continuum emission, indicating that $\sim60$% of the emission is resolved out on $\sim200$pc scales. We find that the [CII] emission in high-redshift galaxies is more spatially extended than the rest-frame 160$\mu$m dust continuum by a factor of $1.6\pm0.4$. By considering the $L_{\text{[CII]}}$/$L_{\text{FIR}}$ ratio as a function of the star-formation rate surface density ($\Sigma_{\text{SFR}}$) we revisit the [CII] deficit, and suggest that the decline in the $L_{\text{[CII]}}$/$L_{\text{FIR}}$ ratio as a function of $\Sigma_{\text{SFR}}$ is consistent with local processes. We also explore the physical drivers that may be responsible for these trends and can give rise to the properties found in the densest regions of SMGs., Comment: 15 pages, 6 figures, 4 tables, accepted for publication in ApJ
- Published
- 2018